[发明专利]一种甲烷二氧化碳重整还原铁并生成碳纳米管的工艺

权利要求书

1.一种甲烷二氧化碳重整还原铁并生成碳纳米管的工艺，其特征在于：包括如下步骤：

第一步，分别称取铁矿石和还原铁进行破碎筛分，将筛分后的铁矿石和还原铁分别置于氮气气氛下的回转炉反应器中相连但相隔的不同腔体中；

第二步，将第一步中放置的还原铁的腔体体系升温至800-1000℃，达到终温后停留1-10h，向回转炉反应器中通入甲烷和二氧化碳的预混气体，启动回转炉反应器，以0-10r/min的转速旋转，预混气体停留1-10h，发生甲烷二氧化碳重整反应，并在还原铁上生成铁基碳纳米管，同时得到重整后的一氧化碳和氢气气体；

第三步，启动放置铁矿石的腔体处的加热装置，将放置铁矿石的腔体体系升温至700-800℃，打开隔板上的阀门，将第二步得到的一氧化碳和氢气气体通入铁矿石所在腔体中，停留1-10h，启动回转炉反应器，以0-10r/min的转速旋转，完成铁矿石的还原，得到并回收还原铁，未反应的一氧化碳、氢气和反应后的水蒸气、二氧化碳混合作为尾气；

第四步，回流第三步得到的还原铁进入第一步中作为原料参与甲烷二氧化碳重整反应；

第五步，将第三步得到的尾气进行分离净化，尾气中的一氧化碳、氢气和二氧化碳回流与甲烷进行混合，混合气体重复参与第二步的反应过程；

第六步，将第二步得到的铁基碳纳米管进行酸洗提纯，得到纯净的碳纳米管和一氧化碳和氢气气体；

第七步，将得到的所有铁基碳纳米管进行酸洗提纯并干燥，得到纯净的碳纳米管；

第一步中所述铁矿石的成分为Fe₂O₃和Fe₃O₄，铁矿石的质量份数为1000份，还原铁的成分为Fe单质，Fe单质的含量大于98wt%，还原铁的质量份数为10-100份，破碎筛分后的铁矿石和还原铁的粒径为0.1-10mm；

第二步中所述升温的速率为2-10℃/min，甲烷和二氧化碳的体积比例为1:0.1-1，预混气体的空速为1000-30000h^-1；

第三步中所述升温的速率为2-10℃/min，一氧化碳和氢气的总空速为1000-5000 h^-1，一氧化碳和氢气的体积比为1:1。

2.根据权利要求1所述的一种甲烷二氧化碳重整还原铁并生成碳纳米管的工艺，其特征在于：第四步中所述回流的还原铁占总还原铁含量的10-50wt%。

3.根据权利要求1所述的一种甲烷二氧化碳重整还原铁并生成碳纳米管的工艺，其特征在于：第五步中所述尾气的分离净化中采用干燥的CaCl₂脱除水蒸气。

4.根据权利要求1所述的一种甲烷二氧化碳重整还原铁并生成碳纳米管的工艺，其特征在于：第六步和第七步中所述铁基碳纳米管的酸洗采用4mol/L的稀硝酸进行纯化。